【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据处理，尤其是涉及一种基于数字孪生的大坝安全监测系统及方法。
技术介绍
1、传统大坝安全监测技术多依赖于单一物理量的离散化测量，如位移传感器、渗压计等局部参数监测，存在多源异构数据融合困难、潜在损伤演化机制揭示不足等问题。现有方法难以实现大坝结构损伤的跨尺度动态耦合分析，导致对隐患连锁反应路径的预测精度受限。尽管数字孪生技术已应用于大坝监测，但现有数字模型多聚焦几何信息映射与数据可视化，未能深度融合跨模态卷积核、引力场动态拓扑与时空折叠映射等算法创新，导致孪生体无法真实反映多物理场耦合作用下的灾变过程。因此，亟需构建一种能够贯通微观损伤机制演化与宏观风险动态评估的一体化监测体系，以提升大坝安全预警的精准性与主动性。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于数字孪生的大坝安全监测系统及方法，采用跨模态融合、引力场动态拓扑网络及时空折叠映射技术，能够实现损伤能量传导路径精准模拟、碳化-形变双向耦合预测与风险隐患智能处置决策的深度融合，提高了大坝安全预警的精准性与主动性。
2、上述目标可以通过如下方案实现：
3、一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，包括：获取大坝表面声发射信号分布图谱及内部红外热像矩阵，通过跨模态卷积核融合计算生成包含应变能密度场的多维度损伤特征矩阵；基于所述多维度损伤特征矩阵的空间坐标，建立灾害节点化拓扑网络；将所述拓扑网络中的节点权重输入引力场强度计算模型，模拟能量传导路径，并输出路径中相邻节点之间的连锁反应概
4、可选地，所述跨模态卷积核融合计算包括：对所述声发射信号分布图谱进行小波包分解，生成多频带能量分布张量；对所述内部红外热像矩阵进行基于形态学梯度算子的边缘增强，输出热传导异常区域的空间梯度矩阵；将所述多频带能量分布张量与所述空间梯度矩阵输入双通道残差网络进行跨模态特征融合，通过应变能密度场损失函数优化融合权重，生成所述多维度损伤特征矩阵。
5、可选地，所述灾害节点化拓扑网络的建立包括：基于所述多维度损伤特征矩阵的应变能密度场分布，采用密度峰值聚类算法筛选灾害潜在节点集；对节点集执行delaunay分层剖分，构建三维空间网格模型并划分出多个网格单元；计算相邻网格单元之间的能量梯度变化率，生成动态权重矩阵；利用所述动态权重矩阵，输出带权重的灾害节点化拓扑网络。
6、可选地，所述模拟能量传导路径包括：将所述拓扑网络的动态权重矩阵输入引力场模型，计算得到节点间的势能场矩阵；利用所述势能场矩阵和所述节点集，采用改进的马尔可夫链蒙特卡洛算法模拟能量传导路径，输出相邻节点间的连锁反应概率值集合，并存入动态风险概率数据库。
7、可选地，所述时空折叠映射运算包括：将所述多维度损伤特征矩阵按时间序列分帧，结合所述连锁反应概率值集合的时空分布，构建四维时空超立方体；对所述四维时空超立方体的碳化深度轴进行离散余弦变换，生成频域投影子空间；对所述四维时空超立方体的宏观位移累积量轴进行二阶差分计算，提取频域-时域特征；求解双向衍射方程的耦合系数张量，生成碳化深度变化率与宏观位移的关系曲线，得到碳化-形变耦合预测曲线。
8、可选地，所述损伤能量汇率的计算包括：沿所述碳化-形变耦合预测曲线提取各监测点的瞬时斜率序列；将所述瞬时斜率序列与所述连锁反应概率值集合按拓扑网络节点编码对齐；将编码对齐后的数据基于拉格朗日插值算法融合环境温湿度时序数据，生成动态汇率修正因子；通过主成分分析法消除噪声干扰，输出损伤能量汇率。
9、可选地，所述生成标准化风险耦合系数热力图包括：将所述损伤能量汇率与连锁反应概率值映射至所述拓扑网络的网格顶点；构建三维协方差格拉姆矩阵，并通过双曲正切激活函数强化非线性耦合效应；采用流形学习中的t-sne算法降维至二维平面；根据时空超立方体的时间标签动态叠加风险系数分布，输出标准化热力图。
10、可选地，所述多轴域特征蒸馏包括：沿所述标准化风险耦合系数热力图热力梯度轴计算方向微分算子，提取引力场强度突变区域的几何特征向量；对连续时段的热力帧进行快速傅里叶变换，计算功率谱熵作为渗流相位频谱熵；结合所述时空超立方体的能量收敛轨迹拟合李雅普诺夫指数，生成趋近能量收敛度；输出包含突变梯度、频谱熵及收敛度的隐患量化指标集。
11、可选地，所述动态比对包括：将所述隐患量化指标集输入知识库中的模糊petri网推理引擎；匹配安全包络函数中的引力场强度弹性模量临界区间及渗流相位安全域；当任一指标突破包络边界时，触发三维决策引擎的蒙特卡洛树搜索协议；基于所述能量传导路径和耦合预测曲线的最优收敛解，输出加固强度矢量图及泄洪调度序列。
12、基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供了一种基于数字孪生的大坝安全监测系统，所述系统包括：特征采集模块，用于获取大坝表面声发射信号分布图谱及内部红外热像矩阵，通过跨模态卷积核融合计算生成包含应变能密度场的多维度损伤特征矩阵；灾害网络构建模块，用于基于所述多维度损伤特征矩阵的空间坐标，建立灾害节点化拓扑网络；反应概率计算模块，用于将所述拓扑网络中的节点权重输入引力场强度计算模型，模拟能量传导路径，并输出路径中相邻节点之间的连锁反应概率值集合；碳化-形变耦合预测曲线生成模块，用于根据所述连锁反应概率值集合，对所述多维度损伤特征矩阵进行时空折叠映射运算，建立微观碳化深度日变化率序列与宏观位移累积量之间的双向衍射方程，生成碳化-形变耦合预测曲线；风险耦合系数热力图生成模块，用于基于所述碳化-形变耦合预测曲线，计算各监测点处的损伤能量汇率，将所述能量汇率与对应位置的连锁反应概率值进行非线性格拉姆矩阵乘法，生成标准化风险耦合系数热力图；隐患量化指标提取模块，用于对所述风险耦合系数热力图实施多轴域特征蒸馏，提取包括引力场强度突变梯度、渗流相位频谱熵、趋近能量收敛度在内的隐患量化指标，并与知识库中的安全包络函数进行动态比对；方案生成模块，用于当任一隐患量化指标突破预设的包络边界时，生成包含微观修补坐标集、泄洪路径重调度序列、加固强度矢量图的处置方案。
13、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
14、1、本专利技术通过获取大坝表面声发射信号分布图谱及内部红外热像矩阵，利用跨模态卷积核融合计算生成包含应变能密度场的多维度损伤特征矩阵；这种方法有效本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述跨模态卷积核融合计算包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述灾害节点化拓扑网络的建立包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述模拟能量传导路径包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述时空折叠映射运算包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述损伤能量汇率的计算包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述生成标准化风险耦合系数热力图包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述多轴域特征蒸馏包括：
9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述动态比对包括：
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...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述跨模态卷积核融合计算包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述灾害节点化拓扑网络的建立包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述模拟能量传导路径包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的大坝安全监测方法，其特征在于，所述时空折叠映射运算包括：
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭月平，刘智，王萱子，游文荪，胡国平，万小强，周清勇，郑委，
申请(专利权)人：江西省水利科学院江西省大坝安全管理中心，江西省水资源管理中心，
类型：发明
国别省市：
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